劉心朗 賈建新

（內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院人體解剖學(xué)教研室，包頭 014040）

阿爾茨海默?。ˋlzheimer's disease，AD），也稱為老年性癡呆，是一種慢性中樞神經(jīng)系統(tǒng)退化性疾病，常發(fā)病于老年期或老年前期，起病隱匿。AD主要臨床表現(xiàn)包括進行性記憶力減退和獲得性知識喪失、人格變化并伴有生活、工作等多種行為精神障礙。AD給社會和家庭帶來沉重負擔，是僅次于心血管病、癌癥、腦卒中之后第4位嚴重威脅老年人生命健康的疾病，已成為世界老年醫(yī)學(xué)面對的熱點問題[1-2]。國際阿爾茨海默病協(xié)會公布的《2018年全球阿爾茨海默病報告》顯示，世界各地每3 s就會出現(xiàn)1例新的癡呆病例。2018年，全世界有5 000萬人患有癡呆癥。預(yù)計到2050年，這一數(shù)字將達到1.52億。據(jù)估計，2030年全球用于癡呆的治療和護理費用將從2018年的1萬億美元增至2萬億美元。

AD的主要病理學(xué)特征是大腦皮質(zhì)萎縮，神經(jīng)元的丟失，海馬區(qū)的β淀粉樣蛋白（beta amyloid peptide，Aβ）沉積形成的老年斑（senile plaque，SP）和腦神經(jīng)細胞內(nèi)微管相關(guān)蛋白（tau protein）過度磷酸化形成的神經(jīng)元纖維纏結(jié)（neurofibrillary tangles，NFTs）[4-5]。AD的病因和發(fā)病機制尚不明確，涉及淀粉樣蛋白質(zhì)與微管相關(guān)蛋白質(zhì)假說，膽堿能損傷假說，基因突變學(xué)說，自由基損傷假說，炎癥假說等，均為目前的主要發(fā)病機制。現(xiàn)針對其中β淀粉樣蛋白結(jié)構(gòu)特征及其神經(jīng)毒性假說進行綜述。

1 Aβ的產(chǎn)生分布與結(jié)構(gòu)

1.1 Aβ的產(chǎn)生分布

Aβ是由β淀粉樣蛋白前體蛋白（β-amyloid precursor protein，APP）水解形成的正常代謝產(chǎn)物。APP是一種存在于多種組織的Ⅰ型跨膜糖蛋白，是突觸形成和修復(fù)的調(diào)節(jié)因子。人類的APP可以通過淀粉樣變和非淀粉樣變2種不同的途徑來處理[6]。APP的淀粉樣途徑是指APP在質(zhì)膜上被β-分泌酶（β-secretase，又稱β-site amyloid cleavage enzyme，BACE）和γ-分泌酶（γ-secretase）在N端和C端的順序切割[7]，形成全長的Aβ肽（主要是Aβ1-40/42）。新生成的Aβ被釋放到胞外間隙，與質(zhì)膜和脂筏結(jié)構(gòu)有關(guān)。脂筏中Aβ與神經(jīng)節(jié)苷脂GM1的結(jié)合強烈促進Aβ的聚集[8]。研究顯示，大量APP和γ-分泌酶也存在與線粒體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)偶聯(lián)（mitochondria-associated endoplasmic reticulum membrane，MAM）處[8]，說明APP的淀粉樣水解途徑可以在MAM上進行。而APP經(jīng)酶剪切產(chǎn)生的早老素1（presenilin 1，PS1）和早老素2（presenilin 2，PS2）也主要定位于MAM[9]。

1.2 Aβ的結(jié)構(gòu)

Aβ分為可溶性Aβ和不溶性Aβ，可溶性Aβ聚集體通常被劃分為寡聚體和原纖維蛋白。大腦中淀粉樣斑塊的主要成分是Aβ單體聚集形成的較大的淀粉樣纖維。研究顯示，Aβ單體通常并不直接影響神經(jīng)元的功能，而單體水解后產(chǎn)生的可溶性Aβ聚集體才是影響AD患者認知功能的關(guān)鍵因素[10]。但也有研究表示，單體Aβ已經(jīng)被認為是潛在的藥物靶點，因為抑制單體聚集可以防止有毒物種的形成[11-12]。有研究者[13]通過分子中的原子量子理論（quantum theory of atoms in molecules，QTAIM）對β-淀粉樣蛋白β-折疊拓撲結(jié)構(gòu)計算分析顯示，β-股內(nèi)空間接近的特定疏水性氨基酸原子間會形成弱電子相互作用的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定β-片層的結(jié)構(gòu)。這將有助于針對阻止β-淀粉樣蛋白沉積的新藥開發(fā)。

2 Aβ神經(jīng)毒性和生物學(xué)功能

2.1 Aβ神經(jīng)毒性

2.1.1 誘導(dǎo)細胞凋亡 Aβ誘導(dǎo)細胞凋亡是一個包括細胞氧化損傷、Ca2+內(nèi)流、線粒體損傷、細胞色素C（cytochrome C，Cytc）外溢的眾多環(huán)節(jié)在內(nèi)的復(fù)雜過程。Aβ誘導(dǎo)的鈣內(nèi)流通過鈣/鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶Ⅱ（calcium/calmodulindependent protein kinase-Ⅱ，CaMKⅡ）上調(diào)蛋白激酶B（protein kinase B，PKB）的激活，引起線粒體分裂蛋白（dynaminrelated protein 1，Drp1）磷酸化和哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）激 活。Drp1磷酸化導(dǎo)致線粒體斷裂引起線粒體功能障礙。mTOR的激活抑制線粒體自噬，導(dǎo)致活性氧（reactive oxygen species，ROS）增加激活半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶（cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase）引起神經(jīng)元凋亡，并加重線粒體功能障礙[14]。因此，Akt/mTOR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)或其與Drp1之間的相互作用在AD病理機制及發(fā)展的研究中有重要意義，可進一步探究其作為潛在治療靶點的功能。

2.1.2 能量代謝障礙 在AD中，會出現(xiàn)線粒體能量障礙，導(dǎo)致Aβ沉積Tau蛋白過度磷酸化，進一步促進線粒體的這種缺陷[15-16]。Kerr等[15]的研究表明：線粒體的功能失調(diào)和自噬的受損隨著年齡的增長而積累。近期研究表明[17]，通過抑制Aβ斑塊和病理p-tau，可恢復(fù)線粒體自噬，繼而可以逆轉(zhuǎn)AD記憶喪失。通過小膠質(zhì)細胞對胞外Aβ斑塊的吞噬作用可以降低APP/PS1模型中的不溶性的Aβ1-42和Aβ1-40，改善認知功能障礙。

2.1.3 觸發(fā)氧化應(yīng)激 金屬離子銅、鐵、鋅是氧化應(yīng)激的核心調(diào)節(jié)因子，在生理濃度下能與Aβ結(jié)合形成各自的配體形式，參與ROS的產(chǎn)生，其中發(fā)揮主要作用的是Cu-Aβ配體[18]。通過熒光和基于紫外-可見光吸收光譜（ultravioletvisible spectroscopy，UV-Vis）的方法評估了Cu結(jié)合到一系列修飾肽上的ROS生成，提出了Cu-Aβ復(fù)合物在ROS生成的催化中間狀態(tài)下的配位模型[19]。而Aβ肽的C端含有蛋氨酸殘基能形成氧活性簇，促進氧化產(chǎn)物的形成，Aβ使細胞產(chǎn)生了過多的ROS破壞生物分子。

2.1.4 加速tau蛋白異常磷酸化 AD患者大腦皮層存在大量的神經(jīng)原纖維病變和神經(jīng)性斑塊。Aβ寡聚體可以激活激酶，進而催化tau的磷酸化。磷酸化的tau蛋白會使神經(jīng)纖維互相纏結(jié)形成NFT。Aβ寡聚體也可以誘導(dǎo)tau蛋白的低聚。tau低聚物可以通過朊病毒樣機制傳播，并且與病理磷酸化的tau蛋白一起可以引起負責(zé)記憶和認知功能的神經(jīng)元退化和死亡[20]。最近的研究[21]表明，tau蛋白分子可以在不發(fā)生錯誤折疊的情況下進行擴散，但發(fā)生錯誤折疊的情況時可能會促進tau蛋白的擴散，同時tau蛋白的錯誤折疊不是導(dǎo)致NFT聚集的必要條件。

2.1.5 發(fā)生葡萄糖代謝障礙 AD患者腦中的Aβ通過活化糖原合酶激酶3（glycogen synthase kinase，GSK-3）抑制葡萄糖代謝，因此AD患者腦中的葡萄糖代謝與正常人腦中葡萄糖代謝水平相比較低。Aβ激活激酶導(dǎo)致的tau蛋白過度磷酸化使微管結(jié)合減少或微管失穩(wěn)，從而引起胰島素顆粒轉(zhuǎn)運中斷[22]，抑制胰島素分泌。然而，最近也有研究表明，微管失穩(wěn)可能會引起胰島素顆粒的過度連接，促進胰島素分泌[23]。研究表明，Aβ和tau增強外周胰島素抵抗和胰β細胞功能障礙，而在AD小鼠模型中注入抗Aβ抗體可改善胰島素敏感性和血糖調(diào)節(jié)[22]。在AD模型快速老化小鼠（senescence accelerated mouse P8，SAMP8）上的研究表明，反義寡核苷酸阻斷APP的Aβ區(qū)改變了海馬內(nèi)多個胰島素相關(guān)基因的表達[24]。AD患者中樞神經(jīng)系統(tǒng)胰島素作用受損，關(guān)鍵胰島素信號蛋白減少。Aβ誘導(dǎo)的胰島素抵抗導(dǎo)致腦內(nèi)胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)障礙，氧化應(yīng)激和神經(jīng)炎癥反應(yīng)，進而促進Aβ進一步沉積和tau磷酸化，加重AD患者認知障礙。目前，鼻內(nèi)胰島素治療是一種潛在的治療AD的方法[25]。

2.1.6 激活神經(jīng)膠質(zhì)細胞誘發(fā)炎性級聯(lián)反應(yīng) AD炎癥過程可激活小膠質(zhì)細胞，導(dǎo)致膠質(zhì)細胞分泌過多急性期蛋白，補體因子激活和誘導(dǎo)炎癥酶系統(tǒng)，產(chǎn)生炎性細胞因子，這些炎癥因子包括多種白細胞介素（IL）和多種因子（腫瘤壞死因子-α、轉(zhuǎn)化生長因子-β），可以調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)和免疫反應(yīng)，可能導(dǎo)致神經(jīng)元功能障礙和細胞死亡。研究表明，AD患者腦組織中促炎癥細胞因子如腫瘤壞死因子（TNF）、白細胞介素1β（IL-1β）、白細胞介素6（IL-6）和干擾素（IFN-γ）水平升高，可抑制淀粉樣Aβ的吞噬作用。在AD過程中，可溶性Aβ寡聚體的異常積累導(dǎo)致細胞因子和其他促炎癥因子的過度釋放，與調(diào)節(jié)成分如IL-4、IL-10、受體拮抗劑、白細胞介素抑制劑等的比例失調(diào)，最終導(dǎo)致神經(jīng)元和突觸損傷、喪失和認知功能下降[26]。Aβ持續(xù)存在可持續(xù)破壞神經(jīng)細胞，發(fā)生惡性循環(huán)。Wang等[27]報道在AD進程中，伴隨Aβ的沉積以及Tau蛋白的磷酸化，腸道菌群組成發(fā)生變化，引起外周相關(guān)代謝產(chǎn)物異常蓄積，誘導(dǎo)外周促炎性Th1細胞的分化、增殖和腦內(nèi)侵潤，導(dǎo)致AD相關(guān)神經(jīng)炎癥發(fā)生。

2.1.7 突觸功能障礙 腦特定區(qū)域的神經(jīng)元過度活躍被認為是AD的早期擾動。AD患者腦中的膽堿能神經(jīng)元嚴重退化，乙酰膽堿合成和水平下降，膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶（ChAT）活性下降，ACh受體的解除導(dǎo)致神經(jīng)傳導(dǎo)作用阻斷。谷氨酸是氨基酸神經(jīng)遞質(zhì)家族的成員，是大多數(shù)新皮層和海馬突觸中最豐富的興奮性信號信使[28]。研究表明，Aβ可溶性二聚體分子阻止谷氨酸轉(zhuǎn)運出突觸間隙，導(dǎo)致突觸間隙中高濃度的谷氨酸持續(xù)時間過長[29]。

2.1.8 血管性損傷 血管性損傷發(fā)生于AD早期，外源性Aβ可以降低腦血流量，降低后的腦血流量又可以促進Aβ的生成。Nortley等[30]報道，在認知能力下降的患者中，Aβ產(chǎn)生的氧自由基能夠激活內(nèi)皮素-1（endothelin-1，ET）的釋放，繼而ET會激活周細胞ETA受體，因此Aβ收聚在大腦毛細血管周細胞位置。周細胞是毛細血管上唯一的可收縮細胞，可通過調(diào)節(jié)收縮狀態(tài)改變腦血流量。同時在AD的小鼠模型中，毛細血管發(fā)生了收縮，而不是非小動脈。這說明，抑制Aβ引起的毛細血管收縮或許可以緩解AD的能量缺陷和神經(jīng)退化。

2.2 Aβ清除運輸

2.2.1 內(nèi)源性Aβ清除運輸 AD中，Aβ生成與清除失衡，腦內(nèi)Aβ的清除途徑包括中樞途徑和外周途徑，中樞清除途徑是指腦Aβ被小膠質(zhì)細胞吞噬及被Aβ降解酶降解。而Aβ通過血腦屏障（blood-brain-barrier，BBB）轉(zhuǎn)運，腦組織間液流出及經(jīng)腦脊液吸收入淋巴等是Aβ的外周清除途徑[31]。Aβ外周清除途徑有2條：經(jīng)受體跨BBB轉(zhuǎn)運至血液被外周組織降解及經(jīng)血管旁淋巴引流途徑到達局部淋巴結(jié)被降解?？鏐BB的流出運輸系統(tǒng)將Aβ從大腦運到血液，主要被低密度脂蛋白受體相關(guān)蛋白-1（low-density lipoprotein receptorrelated protein-1，LRP-1）介導(dǎo)，定位于腦血管內(nèi)皮細胞的側(cè)腔外。腦Aβ清除主要依賴外周清除，外周清除障礙所導(dǎo)致Aβ沉積會加快AD病程的進展。正常情況下腦內(nèi)Aβ生成與清除是平衡的，異常情況下生成與清除失衡促使 AD過量沉積。新型AD治療藥物GV-971通過重塑腸道菌群平衡、降低外周相關(guān)代謝產(chǎn)物積累，減輕腦內(nèi)神經(jīng)炎癥，進而改善認知障礙。GV-971還能直接透過血腦屏障捕獲Aβ，抑制Aβ聚集體的形成，并使已形成的聚集體解聚[27]。雖然大多數(shù)細胞外Aβ通過BBB清除，但淋巴途徑似乎也對Aβ清除很重要[32]。

2.2.2 外源性Aβ清除運輸 研究表明，向腦內(nèi)局部注射Aβ后不僅能在原注射部位形成沉淀，Aβ也會擴散到周圍腦組織。然而，Aβ的空間傳播方式是否是通過非系統(tǒng)方式從注射部位到近端區(qū)域擴散或沿神經(jīng)解剖學(xué)通路定向運轉(zhuǎn)仍不能確定。

AD作為威脅老年人生命的神經(jīng)退行性疾病之一，Aβ沉積是其重要的病理特征。但關(guān)于Aβ沉積假說相關(guān)的治療方法一直進展緩慢?？赡苁且驗锳β沉積無法全面清除，其所引起的毒性作用分布廣泛，且損傷不可逆又不易修復(fù)。因此，Aβ的源頭阻斷和抑制傳遞可能會有效抑制Aβ沉積，成為預(yù)防AD形成的一種重要方法，為今后的研究提供重要方向。